[发明专利]一种基于超构材料的小型化超宽带MIMO天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及超宽带(Ultra-Wideband，UWB)多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)天线技术领域以及超构材料(Metamaterial)技术领域。

背景技术

近年来，由于超宽带(UWB)技术宽带宽、高速率、抗多径等特性，其在短距离无线通信中有着广泛的应用前景，受到越来越多的关注。而超宽带天线作为超宽带通信系统中的核心部分之一，也日益成为国内外科研人员的研究热点。但是，其涉及的3.1～10.6GHz的宽频范围内，与诸多现行的通信技术频段相重叠，如Wi-MAX技术(3.4～3.69GHz)、WLAN技术(5.75～5.85GHz)等。要解决这一问题，设计具有陷波作用的天线无疑是一条有效的解决途径。而随着相关研究工作的不断深入，超宽带天线的研究日益朝着小型化、紧凑布局的方向发展，传统的超宽带天线解耦结构(Wen Jiang and Wenquan Che,“A Novel UWB Antenna With Dual Notched Bands for WiMAX and WLAN Applications”,IEEE Antenna and Wireless Propagation Letters,Vol.11,pp.293-296,2012)，在天线上开槽或在馈电点加载开口谐振环等，但是这种手段无法满足天线小型化的要求。

另一方面，受到其较低的工作功率限制，传统的超宽带通信系统通常伴随有较低的信噪比、较差的通信质量等诸多问题，极大地限制了系统的稳定性。而将多输入多输出(MIMO)技术应用到超宽带系统中，则可以提高超宽带系统的稳定性。目前国内外在这方面的研究还处于起步阶段，而且在现有的UWB MIMO天线中，依旧存在着尺寸大、互耦严重、方向图歧化等不足，从而导致天线性能明显下降(Ahmed Zitouni and Noureddine Boukli-Hacene,“Triple notched Band Characteristics UWB Antenna Using C-shaped Slots and Slot-Type Capacitively-Loaded Loop”,Journal of Electromagnetic Analysis and Applications,Vol.05,No.08,pp.342-345,2013)。

超构材料(Metamaterial)的电磁特性决定于结构而非材料本身，而且其电磁特性往往是自然材料所不具备的。这一独特的性质使得超构材料在天线尤其是MIMO天线领域中受到了极大关注，通过应用超构材料实现MIMO天线小型化的相关研究亦越来越多。然而，此类应用超构材料实现MIMO天线单元间解耦的方法仍存在一些弊端，如结构复杂、不便于加工制作、对天线辐射性能影响严重等(Chih-Chun Hsu,Ken-Huang Lin,and Hsin-Lung Su,“Implementation of Broadband Isolator Using Metamaterial-Inspired Resonators and a T-Shaped Branch for MIMO Antennas”,IEEE Transactions On Antennas and Propagation,Vol.59,No.10,pp.3936-3939,2011)。

发明内容

本发明提出了一种基于超构材料的小型化超宽带MIMO天线，目的是利用超构材料的相关技术，设计出一种具有较好的全向性、低互耦系数及良好的陷波效果的一种小型化超宽带MIMO天线。

本发明所采用的技术方案：

一种基于超构材料的小型化超宽带MIMO天线，天线整体沿轴线左右对称，包括矩形介质基板、镜像对称设置于矩形介质基板上的两个单元天线及设置于介质基板正面的解耦开口谐振环，所述单元天线包括设于介质基板正面的辐射体、馈线，设于介质基板背面的金属接地板，其特征在于所述两个单元天线的接地板为一个整体，接地板整体由三个相连的矩形金属贴片构成，第一矩形金属贴片的两窄边、一长边位于介质基板的边界处，第二矩形金属贴片和第三矩形金属贴片平行设置且它们的一窄边与第一矩形金属贴片相连，另一窄边位于介质基板的边界处。

所述解耦开口谐振环位于介质基板轴线，开口位置朝向第一矩形金属贴片，解耦开口谐振环为金属条构成，形状为在“凹”字形开口谐振环的两侧边对称向内凹进一个“T”形分支。